摘要:闡(chan)述了渦輪流(liu)量計 的工作(zuò)原理和動态(tài)特性,建立了(le)渦輪流量計(ji)的多相流測(cè)量模型,并在(zai)多相流模拟(nǐ)裝置中進行(hang)了實驗驗證(zheng),得出了流體(tǐ)密度是渦輪(lun)流量計在測(cè)量多相流的(de)流量時的影(yǐng)響因子，并且(qiě)讨論了流體(tǐ)密度👄影響多(duō)相☁️流的流量(liàng)測量的規律(lü)。
　　在油田生産(chan)過程參數(如(ru)溫度、壓力等(deng))檢測中，以流(liu)量和各相持(chí)率測量複雜(zá),是較難測量(liàng)的兩個參數(shu),因而,引起了(le)工程技術人(rén)員的興趣.随(suí)着油田的發(fā)展,被測對象(xiang)不再局限于(yú)單相流，而要(yao)對多相流、混(hùn)合狀态的❗流(liu)量進行測量(liang)。測量多相流(liu)的技術難度(du)要比單相流(liú)體的正确測(ce)量大的多,知(zhī)道單相流體(ti)的密度、粘度(du)及測量裝置(zhì)的幾何結構(gòu)，便可以對單(dān).相流進行定(ding)量分析。如果(guo)能利用多相(xiang)流中每一相(xiang)的上述各物(wu)理量對多相(xiang)流進行測量(liàng)的話，就很方(fang)便。但很遺憾(hàn)的是,多相流(liú)體的特性遠(yuan)比單相流體(tǐ)的特性複雜(za)的多🔆，如各組(zǔ)🛀🏻分之間不能(neng)均勻混合、混(hùn)👣合流體的異(yi)常性、流型轉(zhuan)變，相對速度(du)、流體性質、管(guǎn)🈲道結構、流動(dòng)方向等因素(su)将導緻渦輪(lún)流量傳感器(qì)響應特性的(de)改變"
　　在單相(xiàng)流的條件下(xià)，渦輪的轉速(sù)和流經它的(de)體積流量成(chéng)一單值線性(xìng)函數,在油水(shuǐ)兩相流中，隻(zhī)要流㊙️量超過(guò)始動流量,在(zai)允許的誤差(chà)範圍内,渦輪(lun)的響應和體(ti)積流量❤️也是(shi)成線性函數(shu)。
　　但在多相流(liú)動中，即使在(zài)總流量保持(chi)不變的情況(kuang)下，混合🈲流體(ti)🙇🏻的密度發生(shēng)變化，也會引(yǐn)起渦輪轉速(sù)的很大變化(hua)。本文就此問(wen)題,通過對渦(wō)輪流量計的(de)工作原🚶理和(he)特性分析，闡(chǎn)述了在測量(liàng)🌈多相流時的(de)流量影響因(yin)子，并進行了(le)實驗驗證。
1工(gōng)作原理及數(shu)學模型建立(lì)
　　渦輪流量計(jì)是一種速度(dù)式儀表,它是(shì)以動量矩守(shǒu)恒原理⭐爲基(jī)礎的，流體沖(chong)擊渦輪葉片(piàn),使渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪的旋轉(zhuan)速度随流量(liàng)的變化而變(biàn)化，最後從渦(wō).輪的轉數求(qiú)出流量值，通(tong)過磁🐇電轉換(huan)裝置(或機械(xie)輸出裝置)将(jiang)渦輪轉速變(biàn)化成電脈沖(chong),送入二次儀(yi)表進行計算(suan)和顯示，由單(dan)位時間電脈(mo)沖數和累計(jì)電脈沖數反(fǎn)✨映出瞬時流(liu)量和累計流(liú)量(見圖1)
 
　　所以,由(yóu)動量矩定理(li)可知，渦輪的(de)運動微分方(fang)程爲:
 
　　式中:J爲(wèi)渦輪的轉動(dòng)慣量;w爲渦輪(lun)的旋轉角速(sù)度;∑M爲作用在(zài)渦輪上的合(he)力矩。
　　在正常(cháng)工作條件下(xia)，可認爲管道(dào)内的流體流(liu)量不随時間(jian)變化，即渦輪(lun)以恒定的角(jiǎo)速度ω旋轉,這(zhè)樣就有
那麽(me)渦輪的運動(dòng)微分方程變(bian)爲：
∑M=M-∑Mi=0，（2）
　　這裏把∑M分(fèn)成了兩部分(fèn),即驅動渦輪(lún)旋轉的驅動(dong)力矩M和阻礙(ài)渦輪旋轉的(de)各種阻力矩(ju)∑Mi。通過分析計(ji)算,驅動力矩(ju)爲
 
　　式中:θ爲葉(ye)片與軸線之(zhī)間的夾角;r爲(wei)渦輪平均半(ban)徑;A爲管道流(liu)通🎯面積;ρ爲流(liu)體密度;ω爲渦(wō)輪的旋轉角(jiao)速度;qv爲通過(guò)管道的流量(liang)。
　　将式(3)代入(2)中(zhōng)得:
 
2渦輪流量(liàng)計的特性分(fèn)析
　　由式(5)和式(shi)(6)可見:當流體(tǐ)的粘度增大(da)時,渦輪的轉(zhuǎn)動角📧速度變(bian)小;當流體密(mi)度變大時,渦(wō)輪的轉動角(jiao)速度也随之(zhi)增大‼️。在流體(tǐ)速度較小(相(xiàng)當于層流狀(zhuàng)态)時,渦輪的(de)頻率響應非(fei)線性,且受流(liú)體☀️性質變化(huà)影響較大;當(dang)流體速度較(jiao)高(相當👨‍❤️‍👨于湍(tuan)流狀🏃‍♀️态)時,式(shi)變小，渦輪響(xiǎng)應近似線性(xìng),儀器常數K基(jī)本上不受流(liú)體粘度變化(hua)影響。
　　渦輪啓(qi)動時,要克服(fú)較大的機械(xie)靜摩擦力,因(yīn)此需要較大(dà)始動流量。渦(wō)輪以--定的速(sù)度轉動起來(lai)以後,需要🐆機(ji)械動摩擦力(lì)和流體流動(dong)阻力,轉動阈(yu)值qVmin與🌏p0.5成反比(bi)，流體密🍉度越(yue)大，qVmin越小。這種(zhong)情況對于密(mi)度變化小的(de)液體來說，影(ying)響不大，可視(shi)爲常數。但對(duì)于多相流體(ti)來說🤟,由于溫(wēn)度、壓力和分(fèn)相含率的變(biàn)化，引起p變化(huà),從而影㊙️響qVmin。
3實(shi)驗結果分析(xī)
　　實驗在以水(shuǐ)和空氣爲介(jie)質的流動模(mo)拟裝置中進(jin)🔱行，實驗中在(zài)氣體流量固(gu)定的前提下(xià)，逐漸增大水(shuǐ)的流量,測量(liàng)渦輪的響應(ying)值。增大氣體(ti)的流量,複上(shàng)述操作,得到(dao)了下面的渦(wo)輪響應圖版(ban)💛，其中流量爲(wei)氣液的合流(liú)量。圖中氣體(tǐ)流量🈲爲零時(shí)，流體的密度(dù)最大,測得的(de)響應曲線各(gè)🈲流量響應值(zhi)🌏最大。由于氣(qì)流量增大時(shi)，測得流體密(mi)度和粘度都(dōu)變小，由式(5)和(he)式(6)推得渦輪(lún)的轉動角速(sù)度也随之變(biàn)小，所以随着(zhe)👅流🏃‍♂️體密度的(de)減小，qVmin增大。
 
4結(jié)論
　　通過實驗(yan)驗證，我們可(kě)以得出如下(xia)的結論:1渦輪(lun)流量計在測(cè)量📐多相流的(de)流量時，在總(zong)流量保持不(bu).變的情❄️況下(xia)❗，流體的密度(du)發生變化也(yě)會引起渦輪(lún)轉速的很大(dà)變化。④渦輪流(liú)量計的♊始動(dong)流量随多相(xiang)流體密度的(de)增大而減小(xiǎo)。
　　從以上得出(chū)的結論可知(zhi),渦輪流量計(jì)在測量多相(xiang)流體的流🔅量(liang)的時候,流體(ti)的密度是影(yǐng)響測量精度(du)的主要因素(su)。

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